高曉輝

（南京豐東熱處理工程有限公司，江蘇 南京 211200）

SPCC鋼作為冷軋?zhí)妓劁摪宀?，具有?yōu)良的塑性變形能力，廣泛應(yīng)用于汽車、電器、家具和日用品制造?？蛻裟承吞?hào)產(chǎn)品采用兩種材料，其中蓋板材料為SPCC鋼，圈體材料與蓋板材料不同，如圖1所示。技術(shù)要求為氣體氮碳共滲，表面硬度≥400 HV0.1，化合物層深5～25μm。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及檢測(cè)位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of product structure and detection position

氣體氮碳共滲是在520～570℃溫度下進(jìn)行，在產(chǎn)品表面滲入氮原子的同時(shí)滲入少量碳原子的化學(xué)熱處理工藝。主要應(yīng)用于硬化層薄、受載荷小、畸變控制比較嚴(yán)格的耐磨件。其最大的優(yōu)點(diǎn)是適用于任何鋼種，受硬化層薄的制約，氣體氮碳共滲不能應(yīng)用于承受重載負(fù)荷的產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)工藝及檢測(cè)結(jié)果

生產(chǎn)設(shè)備是UNB1000氣氛氮化爐，表面硬度檢測(cè)設(shè)備為HV-50型硬度計(jì)，載荷為0.1kg，檢測(cè)方法遵循GB/T 4340.2—2012《金屬材料 維氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》。

產(chǎn)品氣體氮碳共滲工藝曲線如圖2所示。

圖2 氣體氮碳共滲工藝曲線Fig.2 Gas nitrocarburizing process curve

滲氮過程在整個(gè)流程中均存在，第三階段通入CO2，同時(shí)測(cè)定氨分解率在65%～75%之間，試樣經(jīng)氮碳共滲工藝后來料試樣符合產(chǎn)品技術(shù)要求。檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 經(jīng)氮碳共滲后來料試樣的檢測(cè)結(jié)果Table 1 Test results of the incoming specimens after nitrocarburizing

量產(chǎn)后的第三個(gè)月檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該型號(hào)產(chǎn)品蓋板硬度出現(xiàn)超下差的情況，蓋板表面硬度檢測(cè)不合格，檢測(cè)數(shù)值為262～358 HV0.1，化合物層深要求檢測(cè)合格。

表2 失效件的檢測(cè)結(jié)果Table 2 Test results of the failed specimens

2 硬度偏低原因查找、分析

2.1 相關(guān)因素排查

首先對(duì)來料進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)來料狀態(tài)發(fā)生變化，原先的來料蓋板是平面，沒有車刀紋；失效件由于客戶處為保證平面度對(duì)蓋板進(jìn)行車加工，蓋板表面有車刀紋。

圖3 來料試樣（a）和失效件（b）蓋板面宏觀形貌Fig.3 Macromorphologies of cover surface on the incoming（a）and failed specimens（b）

造成滲氮件硬度低的原因主要有原材料成分不合格；預(yù)處理（調(diào)質(zhì)）硬度低；滲氮表面有油污、脫碳層或氧化皮；滲氮爐密封不良、漏氣；滲氮時(shí)爐溫偏高[1]。根據(jù)實(shí)際情況分析，可能的原因有原材料改變、生產(chǎn)過程異常、檢測(cè)失真。

2.2 原因分析

檢查生產(chǎn)過程及工藝參數(shù)均在工藝技術(shù)要求范圍內(nèi)，查閱文獻(xiàn)[2]發(fā)現(xiàn)維氏硬度計(jì)對(duì)檢測(cè)平面的平整度有一定的要求，懷疑是表面車刀紋引起的硬度檢測(cè)不準(zhǔn)確，而并非是滲氮過程導(dǎo)致的硬度偏低。

首先對(duì)車刀紋深度、寬度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)車刀紋深度已超過化合物層深度，客戶處檢測(cè)車刀紋深度為0.0203～0.0254 mm，而化合物層深為0.010～0.013 mm（如圖4所示），也就是說化合物層深沒有完全覆蓋車刀紋深度，如果在檢測(cè)時(shí)磨拋量過大，很容易導(dǎo)致化合物層被磨掉，造成檢測(cè)硬度值偏低。

圖4 失效件蓋板面車刀紋Fig.4 Turning tool pattern on cover surface of the failed specimens

3 蓋板硬度檢測(cè)方式的探索

針對(duì)車刀紋影響硬度檢測(cè)的問題，與客戶協(xié)商確定了幾個(gè)改善方案：

1）車件蓋板加工方式采用“以磨代車”，磨加工完全可以避免車刀紋；缺點(diǎn)是磨加工成本比車加工高。

2）放入與蓋板同材料、表面平整的樣塊，檢測(cè)時(shí)以樣塊代替產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)；缺點(diǎn)是需要確定樣塊與產(chǎn)品實(shí)際檢測(cè)誤差有多大，并且樣塊放置于哪個(gè)位置更能代表產(chǎn)品真實(shí)狀態(tài)需要以試驗(yàn)進(jìn)行確定，工作量比較大的同時(shí)其不確定性比較大。

以上兩種方案的可執(zhí)行性不高，還是考慮在原來檢測(cè)方式的基礎(chǔ)上改進(jìn)，以使得雙方檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一致，減少檢測(cè)誤差。考慮到產(chǎn)品表面有車刀紋，車刀紋呈波浪狀，有波峰、波谷，是否可以采用在車刀紋波峰處硬度打點(diǎn)的可能性，驗(yàn)證波峰的寬度是否足夠容納維氏硬度計(jì)圓錐壓頭的大小。實(shí)際打點(diǎn)后可以看出（見圖5），波峰處的寬度足夠容納維氏硬度計(jì)圓錐壓頭。與客戶協(xié)商后確定表面硬度拋光后檢測(cè)波峰位置處的硬度值[3]，采用不鑲只拋、鑲嵌制樣+不磨只拋兩種方式驗(yàn)證雙方檢測(cè)偏差，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

圖5 失效件車刀紋波峰寬與維氏硬度計(jì)打點(diǎn)位置示意圖Fig.5 Schematic diagram of peak width of turning tool pattern in the failed specimens and dot position of Vickers hardness testing

表3 失效件蓋板表面經(jīng)兩種方式檢測(cè)后硬度檢測(cè)結(jié)果Table 3 Hardness test results of cover surface of the failed specimens after two testing methods

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來看，采用不切割、直接拋光的方式其檢測(cè)硬度較為穩(wěn)定，雙方確定蓋板面硬度采用不切割鑲嵌、直接拋光的方式檢測(cè)。

4 結(jié)論

來料狀態(tài)試樣的改變需經(jīng)過熱處理工藝驗(yàn)證后方可變更，表面熱處理對(duì)于影響產(chǎn)品表面物理、化學(xué)狀態(tài)的變更點(diǎn)非常敏感，諸如本文中產(chǎn)品表面粗糙度（有無車刀紋的變化）影響了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1）檢測(cè)件表面的“峰谷”不平整影響硬度檢測(cè)準(zhǔn)確度，根據(jù)檢測(cè)要求需要對(duì)表面磨拋平整后檢測(cè)，磨拋過深導(dǎo)致磨掉了滲氮層，出現(xiàn)硬度偏低的現(xiàn)象。

2）表面出現(xiàn)傾斜、波紋等不平整狀態(tài)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保檢測(cè)位置的粗糙度符合檢測(cè)要求，硬度采用不切割鑲嵌、直接拋光的方式檢測(cè)。